基于井周地层热—固耦合的热采井套管损坏机理研究

发布时间：2017-11-09 13:35

  本文关键词：基于井周地层热—固耦合的热采井套管损坏机理研究

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【摘要】：本文是在中石油新疆油田分公司的科研项目“重32井区、重18井区套管损坏原因分析与对策研究”资助下完成的。新疆风城油田重18井区自2010年投产以来,在3-4年间出现了87口井套管损坏,而且大部分为破裂失效,严重影响了油田生产和后期建设。为此,本文针对重18井区地质、钻完井和生产工艺参数开展了统计分析,得到了造成套管损坏的主要因素。在此基础上,本文采用热-固耦合理论开展了井周射孔套管-水泥环-地层在蒸汽吞吐作业过程中温度场和应力场变化的研究,揭示了套管在低轮次注汽破裂失效的机理,并进一步分析了射孔参数、套管钢级以及注汽参数对套管强度影响,提出了预防套管损坏的措施。论文的主要工作如下：(1)调研国内外热采井套管损坏研究相关资料,收集新疆油田公司风城油田重18井区87口井套管损坏资料,从套管损坏类型、套损出现位置、套管规格、注汽轮次、注汽参数、固井质量和出砂情况等角度进行统计分析,得到影响重18井区套管损坏的因素,主要包括油井注汽温度压力过大、套管钢级不足及油井严重出砂三个因素；(2)针对引起套管失效的主要因素,结合重18井区典型生产工况,建立射孔套管-水泥环-地层的热-固耦合有限元模型,对井周温度场、套管应力场及套管强度等进行研究。通过对比分析单轮次生产工况下射孔套管孔眼附近及本体的应力分布和应变数值的变化,得出射孔孔眼附近应力远大于套管本体,孔眼附近产生了应力集中现象,孔眼内部塑性变形超过6%,并且在注汽和焖井阶段发生了超过500MPa的压应力变为250MPa拉应力的过程。射孔套管孔眼内部可能在低轮次注汽时发生开裂,由此揭示了套管低轮次注汽发生破裂失效机理；(3)在热-固耦合模型基础上,结合重18井区典型生产工况,建立热采井射孔套管有限元模型,分析射孔参数、套管钢级、套管壁厚、注汽参数对套管强度影响。得到对热采井套管强度降低影响最小的射孔相位角为120°,其次为60°,孔密为16孔/m和20孔/m；套管壁厚对热采井射孔套管影响不明显；P110套管的射孔孔眼在应力集中现象上的表现要优于TP90H和N80套管,且其在注汽和焖井阶段产生的塑性变形最小,但是应注意P110套管在相邻孔眼之间的应力变较大。(4)针对重18井区套管损坏特性,提出套管损坏预防措施和延长使用寿命的建议。建议射孔参数为相位角1200、孔密20孔／米,提高套管钢级为110ksi,减少套管低轮次注汽开裂失效；提高固井质量,采取先期防砂完井技术,保持套管周围地层有效支护；采用预应力固井技术和选用热应力的补偿工具,抵消热应力对套管影响。
【学位授予单位】：西南石油大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TE931.2

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